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为什么量子力学解释不了引力的难题 引力是让行星围绕恒星运行、苹果从树上掉落、甚至决定宇宙结构的神秘力量。但令人惊讶的是,它却是量子物理中最难解释的问题之一。 ⚖️ 两大理论——却无法融合 1.广义相对论(爱因斯坦,1915) •描述引力为 质量和能量造成的时空弯曲; •非常适用于宏观尺度(行星、星系、黑洞等)。 2.量子力学(1920年代以来) •描述微观粒子和力的行为(电子、光子、夸克等); •成功解释了电磁力、强核力、弱核力。 🔍 但问题是——引力无法被纳入这个量子框架。 🚫 为什么量子力学解释不了引力? 1.尚无“量子引力理论”成功建立 尽管科学家试图像处理光子那样“量子化”引力,但在极端高能下(如黑洞中心或宇宙大爆炸时刻)数学完全崩溃。 2.假设中的“引力子”(Graviton) 量子理论认为引力可能由一种粒子“引力子”传递,但: •从未观测到; •理论上也几乎不可能被检测到。 3.不可重整化问题(数学上的灾难) 与其他基本力不同,引力的量子方程在微观尺度上会产生无限大且无法解决的值,而其他力可以用“重整化”方法处理,引力却不能。 4.时空本身是动态的 在量子理论中,粒子是在“时空舞台上”运动的。但在广义相对论中,时空本身就是主角,它能弯曲、变化,而这一点是量子理论无法处理的。 🧠 科学家在尝试什么? 1.弦理论 提出所有粒子(包括引力子)其实是振动的能量弦,自然地包含引力,但尚无实验证据。 2.圈量子引力(Loop Quantum Gravity) 尝试直接量子化“时空”,认为空间是由极小的“量子环”构成。 3.涌现引力理论(Emergent Gravity) 更激进的理论认为引力并非基本力,而是由某种更深层的量子信息结构“涌现”出来的现象。 ⚡ 为什么这件事这么重要? 因为如果我们没有量子引力理论: •就无法真正理解黑洞内部的奥秘; •无法解释宇宙诞生的第一瞬间; •就无法实现真正的**“万有理论”**,统一所有自然规律。
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66661周前
讲完了上面的这些,现在就来简单的复刻一下宇宙大爆炸的过程。首先大爆炸从一个基点开始,现代的物理学解释不了这个问题,根据广义相对论往回推,你就会得到一个密度无限大,温度无限大的点,所有的物理规律全都失效了。 大爆炸开始的0-10的-43次方秒,简单来说就是0.00......001,1的前面有43个0,从这里开始就进入了普朗克时代。所谓的普朗克时代就是说出现了第一个普朗克单位,这个普朗克单位大家就简单的理解为极限单位就好。 比如说普朗克长度,它就是一个非常非常非常小的长度,大概是1.6乘以10的-33次方厘米,这就是宇宙中最短的长度了,再短就超过了物理学或者说是量子力学的范畴,就失去意义了。所以也可以说从10的-43次方秒开始,这个时候宇宙就被赋予了意义,它赋予的第一个意义是温度,就是普朗克温度。 这样说可能会有点抽象,我告诉大家温度有多高,大家可能会有一点概念,这个时候的温度是116百万亿亿亿开尔文。这么说大家可能还是没有概念,这个温度比粒子对撞机高1000万亿倍,比太阳中心的温度高10亿亿亿倍。这个时候的宇宙就是这么一个不会发光,但是绝对高温的小球。 接下来时间来到了10的-32次方秒,这个时候宇宙扩大到了10的26次方倍,而温度从10的27次方开尔文降低到了10的22次方开尔文。现在时间来到了10的-12次方秒,宇宙进入了电弱时代,那个时候的大小根据测算半径是300光秒,就是说从宇宙的中心走到边边上,光只要走五分钟就到了。 这个距离大概是多远?大概是地球到月球距离的234倍,所以其实以人类的视角来看已经是非常非常远了。然后宇宙继续膨胀,时间来到了一秒钟,宇宙已经膨胀到了半径10光年,这个时候它的膨胀速度还是要比光速快的多。 就这样过了37万年,宇宙一边膨胀一边冷却,但那个时候温度还是很高,原子核抓不住电子,所以即便有了光子,宇宙里面还是什么都看不见,所以应该是灰蒙蒙的一片。在37万年以后,原子核第一次抓住了电子,宇宙就开始变得透明了。这个时候的宇宙半径大约是4200万光年,也就是在这个时候产生了宇宙微波背景辐射。 很多观众都知道,这个就是经常说的电视机上的雪花屏,但其实电视机上看到的那部分大概只有很少很少的宇宙背景辐射,大多数雪花还是来自于地球的磁场。其实宇宙背景辐射就是看到的最早的宇宙了,因为再往前宇宙里的任何东西都是不透明的。 接下来宇宙又经
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